18.4 焦耳定律 教学设计 ----2025-2026学年人教版物理九年级上学期

第4节 焦耳定律（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 杨 美 课题 第十八章 第4节 焦耳定律 教学 目标 物理观念 认识电流的热效应，了解焦耳定律，能用焦耳定律说明生产生活中的有关现象，分析解决简单的实际问题。 科学思维 结合电功的表达式和欧姆定律推导焦耳定律的表达式，培养演绎推理能力。 科学探究 经历研究电热与电阻、电流关系的过程，体会实验中控制变量的方法，发展观察、分析、处理信息、得出结论的能力。 科学态度 与责任 通过学习电热的利用和防止，感悟辩证看待问题的方法，体会物理学对社会发展的推动作用。 教材 分析 本节主要包括电流的热效应、焦耳定律、电热的利用和防止三部分内容。焦耳定律是初中物理学习的重要定律之一，是能量守恒定律在电能与内能之间转化的具体体现。教材将焦耳定律安排在电功、电功率之后，在内容编排上体现出相互关联、层层递进的特点。 定性研究电热与电阻、电流的关系，以及了解焦耳定律，既是本节教学的重点又是难点。教学中，做好演示实验及细致分析实验现象是突破教学重难点的关键。 学情 分析 1. 知识储备分析：九年级的学生在之前的学习中已经掌握了一定的电学基础知识，对电流、电压、电阻、电能、电功率等概念有了一定的认识，也具备了一定的实验操作技能和科学探究能力。他们对物理实验充满了好奇心和探索欲望，喜欢通过自己动手操作来获取知识。然而，焦耳定律涉及到多个物理量之间的关系，较为抽象，学生在理解和应用上可能会存在一定的困难。 2. 学习难点分析：在实验探究过程中，学生可能在控制变量法的运用、实验方案的设计、实验数据的分析处理等方面还不够熟练，需要教师进行引导和指导。同时，这个年龄段的学生虽然有了一定的自主学习能力，但在合作学习中可能会出现分工不明确、合作效率不高等问题，需要教师加强组织和协调。 教学重点 定性研究电热与电阻、电流的关系，以及了解焦耳定律。 教学难点 定性研究电热与电阻、电流的关系，以及了解焦耳定律。 教学 器材 学生电源、焦耳定律演示器一套（含有2个密闭容器、2个内装等量液体的 U形管、电阻丝）、导线、开关、滑动变阻器等。 多媒体ppt，含视频等。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 教师演示实验：，一根通电金属丝点燃火柴，一根通电导线点燃钢化棉。 归纳：电能转化为内能 思考问题，激发兴趣，进入情景。 学习新课 一、电流的热效应 1. 电流的热效应 【提问】（1）生活中电能转化为内能的用电器还有？ 电热毯、电水壶、电饭煲、烤箱等。 分析：这些用电器工作时都要消耗电能，都会发热，在工作过程中，电能转化为内能。 （2）电流的热效应 电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。 2. 探究影响电流热效应的因素 【提出问题】电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关? Ai赋能教学，焦耳来讲解。 【猜想及其依据】 我们不妨从理论上来推演一下电流热效应的影响因素吧，热效应就是微粒的热运动加剧。正是由于导体对电流有阻碍作用，电流在通过时势必与其他微粒间发生碰撞，从而加剧热运动。所以，从理论上这种阻碍越大，导体中电子单位时间通过的越多，累积的时间越长，热效应就越明显！ R（电阻） I（电流） t（通电时间） 提问：探究电热与影响因素的关系的实验方法。 【设计实验】 （1）实验装置介绍（焦耳定律演示器） 两个透明的塑料容器内部密闭着等量的空气；容器内部的空气与U形管一端相连通。两个容器中各有一段电阻丝，两个容器里的电阻丝串联在一起接入电路。 （2）实验原理 如图所示，两个透明容器中密封着空气，电阻丝通电时温度升高，升高的温度被空气密封容器里面的空气吸收。空气吸收了热量之后。体积膨胀，推动U型管里面的液体运动。左边的液面下降，右边的液面就会上升，产生高度差，高度差越大，说明透明密封容器里面的电阻丝产生的热量越多。图中，因为Δh右＞Δh左，所以电流通过右侧的电阻丝产生的热量多。 （3）研究方法 ①控制变量法：在探究电流通过导体产生热的多少跟电流、电阻、通电时间的关系时，每次实验应该控制两个物理量不变。 ②转换法：实验中通过观察U形管液面的高度差来比较电流产生热量的多少，这种研究方法叫转换法。 （4）实验器材：学生电源、焦耳定律演示器、电流表、滑动变阻器等。 为了进行多次实验，需要改变通过两个电阻丝的电流，所以在电路中串联一个滑动变阻器，通过移动滑片改变电流。 【进行实验】 （1） 探究电流通过导体产生的热量跟电阻的关系 教师引导学生设计电路： 如图所示，将两根阻值不等的电阻丝串联接入电路。闭合开关，通电一段时间后，观察U形管液面高度差的变化。 教师演示实验，学生观察归纳总结。 （2）探究电流通过导体产生的热量跟电流的关系 在右方密封盒外并联一个5Ω的电阻R3，目的是改变通过盒内电阻的电流大小，由于R3的分流作用，因此通过两个容器中电阻的电流不同：I1=2I2。从而研究电流通过导体产生的热量跟电流的关系。 闭合开关，通电一段时间后，观察U形管液面高度差的变化。 教师演示实验，学生观察归纳总结。 （3）探究电流通过导体产生的热量跟时间的关系 教师演示实验，学生观察归纳总结。 在刚刚的实验中时间越长液面高度差越大。 归纳实验结论 （1）I和t相同，R越大→Q越大。 （2）R和t相同，I越大→Q越大。 （3）I和R相同，t越大→Q越大。 知道电流的热效应。 提出问题并进行猜想，说出猜想依据。 学生思考： 因为电热的影响因素有多个，所以在探究电热与影响因素的关系的时候，应该使用控制变量法。 了解焦耳定律演示器的组成及原理。 知道探究方法。特别是转换法的应用。 设计出实验电路。 观看演示实验，收集证据。 进行分析论证，归纳出实验结论。 学生观察液面高度差，归纳总结实验结论。 学生感受焦耳定律的形成过程。 学习新课 二、焦耳定律 Ai赋能教学，讲解焦耳定律的历史研究过程。 在电流热效应的研究中，焦耳与楞次各自独立地做出了重要贡献。焦耳通过系统的实验，于1840年得出电流通过导体时产生的热量与电流的平方、导体的电阻以及通电时间成正比的关系，即焦耳定律，为电学和热学的研究奠定了重要基础。楞次则在不知道焦耳已经发现这一规律的情况下，独立地进行了实验，在1842年左右得出了与焦耳相似的结论，进一步验证了电流热效应的规律。两人的工作相互补充，共同推动了电流热效应定律的确立和发展。 1. 焦耳定律 （1）内容： 电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。 （2）公式： Q = I2Rt  （3）公式中Q = I2Rt 各量及其单位： I 表示电流，单位是安培（A）；R表示电阻，单位是欧姆（Ω） t表示时间，单位是秒（s）； Q表示热量，单位是焦耳（J） 1焦耳=1安2×1欧×1秒 2. 推导焦耳定律   若电流做的功全部用来产生热量，即 Q = W  因为电功 W = UIt，根据欧姆定律 U = IR 所以 Q = W = UIt = I2Rt 可见，在消耗的电能全部用来产生热量时，根据电功公式和欧姆定律推导出的结论与焦耳定律一致。 3. 电功与电热 Ai赋能教学，讲解电功与电热的区别。 （1）电功与电热的区别 电能可以被转化为其他形式的能，如机械能、内能、光能等。而电流的热效应则特指将电能转化为内能的情况。所以，电功公式与焦耳定律公式的应用主要区别在于它们描述的能量转化情况不同。电功公式描述的是电能转化为其他各种形式能的情况，而焦耳定律公式描述的是电能转化为内能的情况。 （2）电功与电热的联系 ①纯电阻电路（如电炉、电热器、电熨斗等电路） 该类电路中，电流通过用电器时，电能全部转化为内能，电流产生的热量就等于电流做的功（消耗的电能），即Q=W。 Q放= W总=Pt=UIt= U2t/R=I2Rt 上述公式适用于纯电阻电路。 ②非纯电阻电路 在该类电路中，当电流通过用电器时，电能主要转化为其它形式的能量，只有一部分转化为内能。 此时电能=内能+机械能，所以内能＜电能。 例如，当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能，有少部分转化为内能发热。 W总＝UIt =W机械能＋Q热量 【例题1】四个电阻器的电阻分别为R1、R2、R3、R4 。如图甲所示，电阻为R1、R2的电阻器串联后接在电压为U的电路中；如图乙所示，电阻为R3、R4的电阻器并联后也接在电压为U的电路中。已知R1 = R3，R2 =R4，R1 > R2。 （1）电阻为R1和R2的两个电阻器，在相同时间内哪个放出的热量多? （2）电阻为R3和R4的两个电阻器，在相同时间内哪个放出的热量多? 【解析】 (1)R1、R2串联,电流相同，利用公式 Q=I2Rt ，因为R1>R2,所以Q1>Q2 (2)R3、R4并联,电压相同，利用公式 Q= U2t/R ，因为R3>R4,所以Q3<Q4 掌握焦耳定律的内容、公式及其单位。 会推导出焦耳定律。 分析找出电功与电热的区别与联系。 做例题，会用焦耳定律分析串并联电路中的有关问题。 学习新课 三、电热的利用和防止 电热是一把双刃剑 1. 电热的利用 电流通过导体时，使导体只发热的用电器是利用了电流的热效应，这类用电器称为电热器，而电热器的主要部分是发热体。电热器的优点：清洁卫生，没有环境污染，热效率高，还可以方便地控制和调节温度。 2. 电热的防止 电流的热量有时是有害的，应该及时解决。 （1）例如我们的电脑在工作时，电路元件发热，温度升高，会影响到电 脑的稳定性，甚至烧坏电脑CPU。人们常常采用安装散热窗、使用微型风扇等方法及时散热。 （2） 大数据基地的散热设备。 列举生活中利用电热的实例。 列举生活中防止有害电热的实例。 课 堂 小 结 第4节 焦耳定律 教 学 板 书 第4节 焦耳定律 一、电流的热效应 （1）电流通过导体时电能转化成内能的现象。 （2）Q与R、I、t有关 二、焦耳定律 （1）内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。 （2）公式：Q=I2Rt  I-电流，单位A；R-电阻，单位Ω； t-时间，单位s； Q-热量，单位J. （3）推导公式：Q=t=UIt 适用于纯电阻电路。 （4）电功W与电热Q：纯电阻电路中Q=W，非纯电阻电路中Q＜W 三、电热的利用和防止 （1）应用：电热器。（2）防止：散热器等。 作 业 1.基础性作业： 完成教材P124课后练习与应用。 2.探究性作业： 完成教材 P123“想想议议”。 教学反思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $